1.2.2. Источники загрязнения магистральных газопроводов

Анализ загрязнений внутренней полости газопроводов позволил устано­вить, что загрязнения представляют собой сложную многокомпонентную смесь, состоящую из пластовой, конденсационной и поверхностной вод, уг­леводородного конденсата, эмульсий, механических примесей, минераль­ных масел, органических кислот, солей двух- и трехвалентного железа, мета­нола гликолей. На рис. 1.5 показан завод по очистке газа и получения сжи­женных газов.

Для повышения гидравлической эффективности и надежности работы га­зопроводов предприятия периодически продувают и очищают внутренние полости трубопроводов очистными поршнями. При строительстве газопро­водов предусматривают установку узлов запуска и приема очистных уст­ройств, локальное повышение скорости газа и др.

При эксплуатации магистральных газопроводов значительные трудности создает запыленность газа. Установлено, что износ рабочих колес центро­бежных нагнетателей прямо пропорционален содержанию пыли в газе. Наи­большую эрозию металла рабочих колес нагнетателя вызывают фракции пыли размером более 20 мкм. При воздействии смоченной пыли на металл интенсивность эрозии возрастает.

1.2.3. Методы очистки газа от механических примесей

От механических примесей природный газ очищают в призабойной зоне, на промысле, на линейной части, на КС и ГРС.

Призабойную зону скважины оборудуют фильтрами, представляющими собой стальные трубы с перфорацией. Гравийные фильтры более качественно предохраняют колонну скважины от выноса песка, известняка и других приме­сей. На промысле газ очищают от воды, конденсата, частиц породы и пыли в наземных сепараторах. На компрессорных станциях газопровода предусмат­ривают очистку газа от механических примесей (твердых и жидких частиц). На ГРС осуществляют окончательную очистку газа перед потребителем.

Промышленные пылеулавливающие аппараты в соответствии с принципа­ми очистки газа разделяют на две группы: сухого и мокрого отделения пыли. К аппаратам сухого отделения пыли относятся:

1. гравитационные сепараторы (степень очистки 70 - 80 %);

2. циклонные пылеуловители (степень очистки 85 - 98 %);

3. фильтры и фильтры-сепараторы (степень очистки до 99%, очищают

поток газа от капель воды и конденсата).

Принцип действия аппаратов сухого отделения пыли состоит в искусст­венном осаждении пыли под действием сил тяжести и в результате снижения скорости течения газа.

К аппаратам мокрого отделения пыли относятся масляные пылеуловите­ли, в которых очистка газа происходит при помощи промывки газа жидко­стью. Такие пылеуловители наряду с циклонными нашли широкое примене­ние в газовой промышленности. Достоинством вертикальных масляных пы­леуловителей является высокая степень очистки газа (97 - 98 %). Основные их недостатки: большая металлоемкость, большое гидравлическое сопро­тивление, унос промывочной жидкости, в качестве которой применяют со­ляровое масло.

1.2.4. Конструкции пылеуловителей

Вертикальный масляный пылеуловитель получил широкое распрос­транение на КС и ГРС. В настоящее время промышленность выпускает не­сколько типоразмеров пылеуловителей (Приложение В).

Вертикальный масляный пылеуловитель представляет собой вертикаль­ный сосуд, разделенный на четыре секции, выполняющие различные функ­ции при очистке газа. Нижняя секция заполняется маслом и служит сборни­ком шлама; секция контактных трубок служит для промывки газа; цилиндри­ческая часть до поперечной полуперегородки - осадительная камера; жалю- зийная секция, состоящая из зигзагообразных решеток, выполняет роль сепаратора для отделения жидкости с микрочастицами пыли. На рис. 1.6 по­казан вертикальный масляный пылеуловитель.

В пылеочистительную установку входят также маслохозяйство: аккуму­лятор масла и отстойники с обвязкой.

Гравитационные сепараторы бывают вертикальные и горизонтальные. Они работают по принципу выпадения взвеси под действием силы тяжести при уменьшении скорости потока газа.

Вертикальные гравитационные аппараты имеют лучшие условия очистки, чем горизонтальные, рекомендуются для сепарации газов содержащих твёр­дые частицы и тяжёлые смолистые фракции. Схема гравитационного одно- секционного сепаратора представлена на рис. 1.7.

При выборе пылеуловителя оценивают допустимую скорость в свобод­ном сечении по формуле:

имеет пылеуловитель типа ЦН-15. Каждый тип пылеуловителя имеет ряд ти­поразмеров: ЦН-11 и ЦН-15 по 14 типоразмеров диаметром от 200 до 2000 мм, а ЦН-24 по 15 типоразмеров диаметром от 400 до 3000 мм.

Циклонный пылеуловитель представляет собой аппарат вертикальной ци­линдрической формы со встроенными циклонами и состоит из трех техноло­гических секций: распределения поступившего газа, очистки газа и сбора жидкости и механических примесей. Неочищенный газ поступает через бо­ковой входной патрубок, к которому приварены пять или более циклонов, расположенных звездообразно по кругу. За счет центробежной силы проис­ходит отбрасывание и осаждение влаги и механических примесей, которые удаляются из аппарата автоматически через дренажный штуцер. Перечень штуцеров и люков циклонного пылеуловителя представлен в табл. 1.1.

Существенное влияние на качество очистки природных газов оказывает их влагосодержание. Поэтому эффективность работы циклонных пылеуло­вителей в условиях повышенного содержания влаги и конденсата ухудшает­ся из-за осаждения липкой массы (пыль и конденсат) в проходных сечениях аппаратов.

Разновидность циклонных пылеуловителей - мультициклонные пыле­уловители, в которых за счет уменьшения диаметра циклона повышается качество очистки газа. Закручивание потока газа в них происходит с помо­щью специальных направляющих лопаток, закрепленных под углом 25-30°.

Технические характеристики циклонного пылеуловителя диаметром 2000 мм представлены в Приложении Г. На рис. 1.8-1.12 представлены конструк­ция, общий вид и разрезы циклонного пылеуловителя.

В эксплуатации на КС находится оборудование и различных зарубежных фирм, например масляные пылеуловители, пористые фильтры и скрубберы, представленные на рис. 1.13, 1.14.

Работа скруббера (Приложение А) осуществляется следующим обра­зом: природный газ через входной патрубок и входную камеру поступает в циклонные трубки, проходя в две прорези каждой трубки, газ ускоряется и приобретает вращательное движение. Жидкие и твердые частицы отбрасы­ваются к наружной стенке циклонного элемента и под действием силы тяже­сти сбрасываются в накопительную камеру. Очищенный газ по центральным трубам восходящим потоком направляется в выходную камеру скруббера и далее через выходной патрубок - на выход в нагнетатель.

Из накопительной камеры жидкость и механические примеси сбрасываются путем продувки в специальную сборную емкость.

В связи с невозможностью достичь высокой степени очистки газа в циклонных пылеуловителях появляется необходимость выполнять вторую ступень очистки, в качестве которой используют в некоторых технологических схемах КС фильтр-сепараторы (Приложение А), устанавливаемые последовательно после циклонных пылеуловителей (рис. 1.15, 1.16).

Работа фильтра-сепаратора осуществляется следующим образом: газ после входного патрубка с помощью специального козырька направляется на вход фильтрующей секции 3, где происходит коагуляция жидкости и очистка от механических примесей. Через перфорированные отверстия в корпусе фильтрующих элементов газ поступает во вторую фильтрую­щую секцию - секция сепарации. В секции сепарации происходит оконча­тельная очистка газа от влаги, которая улавливается с помощью сетчатых пакетов. Через дренажные патрубки механические примеси и жидкость удаляются в нижний дренажный сборник и далее в подземные ёмкости.

Для работы в зимних условиях фильтр-сепаратор снабжён электрообог­ревателем его нижней части, конденсатосборником и контрольно-измери- тельной аппаратурой. В процессе эксплуатации происходит улавливание ме­ханических примесей на поверхности фильтр-элемента, что приводит к уве­личению перепада давлений на фильтр-сепараторе. При достижении пе­репада, равного 0,04 МПа, фильтр-сепаратор необходимо отключить и произвести в нём замену фильтр-элементов на новые.

Принцип работы фильтра-сепаратора фирмы «Крезо-Луар» подразделя­ется на три отдельных механизма разделения, показанных на рис. 1.16.

1. Механизм разделения на входе

При входе газа и жидкости в кожух фильтра-сепаратора, скорость газа по­нижается и более крупные капли жидкости осаждаются за счёт силы тяжести и удара по поверхности кожуха. Эта жидкость затем дренируется в бак-сбор­ник жидкости, установленный под трубным пакетом из стекловолокна.

2. Агломерирующий механизм

Увлечённые капельки жидкости, которые не были отделены при столкно­вении с кожухом, переносятся газом в волокнистую плиту. Часть капелек ос­танутся на внешней поверхности волокнистого пакета и дренируются без входа в плиту. Эти субмикронные частицы не могут следовать за потоками газа вокруг волокна, ввиду низких характеристик поверхностного сопротив­ления, поэтому подвергаются случайному беспорядочному движению по «Брауну», в результате чего и происходит укрупнение частиц и перенос в конденсатосборник. Эффективность сбора частиц зависит от диаметра от­дельных стекловолокон. Чем меньше диаметр волокон, тем выше эффек­тивность. Потоком газа отдельные капельки жидкости срываются с внутрен­ней стороны волокнистого пакета и уносятся в каплеотбойник.

3. Механизм каплеотбойника.

Третий сепарационный механизм фильтр-сепаратора служит для удаления жидкости после агломерации. Это выполняется с помощью каплеотбойника с пакетом листов, который обеспечивает высокую эффективность разделе­ния. Он состоит из многочисленных дефлекторов, показанных на рис. 1.17.

Газ разделяется на разные потоки, с постоянно меняющимися направле­ниями. Капли жидкости ударяются о поверхность лопастей и остаются на них. Затем жидкость поступает в карманы пакета и выходит из потока газа, где она дренируется за счёт силы тяжести в отстойнике под каплеотбойни- ком. Каплеотбойник удаляет все капельки жидкости размерами 8-10 мик­рон.

Для примера рассмотрим систему очистки технологического газа, ко­торая применялась на КС № 17 «Кулгурская» газопровода Уренгой - Уж­город. На компрессорной станции были установлены шесть вертикальных мультициклонных скрубберов и шесть горизонтальных фильтр-сепарато­ров.

Скруббер содержит отделяющую секцию состоящую из 43 циклонных элементов, в которые поступает одинаковое количество газа. Падение дав­ления поддерживается постоянным. Дренажные коллекторы оборудуются электрическими подогревателями, которые поддерживают температуру не ниже +5°С при эксплуатации в зимнее время. Аппарат оборудован люк-лазом с быстродействующим затвором, а так же контрольно-измерительными при­борами: манометром, стеклянным уровнемером для визуального контроля уровня жидкости, сигнализатором высокого уровня для передачи сигнала оператору.

Фильтр-сепаратор имеет батарею из 60 (наружный диаметр 124 мм, длина 1795 мм) съёмных фильтрующих элементов из стекловолокна, за которыми устанавливается съёмный внутренний влагоотделитель лопаст­ного типа (каплеотбойник). Фильтрующие элементы имеют плотность стекловолокна 0,1 г/см³. Диаметр волокна порядка 10 мкм. Перепад дав­ления при чистом фильтре и нормальном дебите составляет 0,0125 МПа. При перепаде от 0,05 до 0,08 МПа требуется замена фильтрующих элемен­тов. Аппарат так же оборудован люк-лазом, подогревателем дренажных коллекторов и контрольно-измерительными приборами: манометром, из­мерителем дифференциального давления, двумя стеклянными уровнеме­рами жидкости, двумя реле для сигнализации максимального уровня.

Рассмотрим систему очистки в целом. Схемы представлены на рис. 1.18, 1.19. Она состоит из 6 установок, каждая из которых имеет один скруббер и один фильтр-сепаратор соединенные последовательно. Каждая установка имеет следующие характеристики:

• номинальная производительность 20-10⁶ м³/сут.;

• рабочее давление 5-6 МПа;

• рабочий диапазон температур 15-45 °С,

• температура окружающего воздуха от минус 60 до +30 °С.

Система сбора дренажа состоит из трёх подземных ёмкостей оборудо­ванных пневматическими реле уровня, которые управляют клапанами в блоке редуцирования и электрическими реле максимального уровня. Если в какой- то подземной ёмкости уровень жидкости превысит допустимый, срабатыва­ет пневматическое реле, затем открывается клапан на соответствующем тру­бопроводе и жидкость под действием давления газа перекачается в ёмкость сбора конденсата, из которой вывозится автомобильными цистернами.